PCB组装过程中电化学一致性的测试方法的

绪言

靠得住的电子组装产物必需能在不同的处境中秉承住各式影响成分的检验，比如：热、呆板、化学、电等成分。测试每一种检验成分对系统的影响，时时以加快老化的方法来测试。这也便是说，测试处境比起寻常老化的处境是要极度良多的。此文中的协商目标主借使各式测试电化学靠得住性的法子。

IPC将电化学迁徙界说为：在直流偏压的影响下，印刷路线板上的导电金属纤维丝的成长。这类成长或者产生在外部表面、内部界面或穿过大多半复合材料实质。伸长的金属纤维丝是含有金属离子的溶液经由电堆积造成的。电堆积过程是从阳极熔解电离子，由电场输送从新堆积在阴极上。在电路与组装材料产生的反映过程中，跟着光阴的推移而逐步造成这类做废。当金属纤维丝在路线板表面下列生万古，称为导电阳极丝或CAF，本文中不会商议这类情形，但这也是一个热点话题。当电化学迁徙产生在路线板的表面时，它会致使路线之间的金属枝晶状成长，最好运用表面绝缘电阻(SIR)实行测试。

表面电子组件的电化学迁徙的产冀望理取决于四个成分：铜、电压、湿度和离子品种。当处境中的湿气在电路板上造成水点时，也许与表面上的任何离子彼此影响，使离子顺着电路板表面挪动。离子与铜产生反映，它们在电压的影响下，被鞭策着在铜电路之间迁徙。这时时被归纳为一系列环节：水吸附、阳极金属熔解或离子生成、离子积存、离子迁徙到阴极和金属枝晶状成长。

路线板表面的每一种材料都有或者是电迁徙造成的影响成分：不论是路线板材料和阻焊层、元器件的明净度，仍然制板工艺或组装工艺造成的任何残留物（囊括助焊剂残留物）。由于这类做废机制是动态改动的，抱负状况是对每种安排和装置都实行测试。但这是弗成行的。这就提议了一个题目：怎么最好地刻画一个组件的电化学迁徙偏向。

几十年来，行业准则向来以为SIR测试是最好的法子。但是，在实习中，这类法子有一些控制性。首先，它是在准则梳状测试典型赶上行的，而不是实习的组装产物。根据不同的PCB表面责罚、回流工艺前提、责罚工序等，需求实行自力的测试配置。并且测试法子的抉择，或者需求组装元器件，也或者不需求。由于和助焊剂分类干系，这些成分的准则化是辨别可对比的助焊剂类其它关键。另一方面，工艺的优化和遏制或者会脱漏一些关键的做废原因。其次，由于组件处于临盆过程中，无奈时刻搜聚了局。根据测试法子的不同，测试光阴至少为72小时，至多为28天，这使得测试关于过程遏制来讲过长了。进而增进建立商探求能马上实用地表征电化学迁徙偏向的测试法子，以遏制组装工艺。

本文将协商和商议能实用刻画组件电化学迁徙偏向的测试法子。如前所述，像SIR如此的测试是行业准则，并且在工艺开辟的初期阶段对安排考证非常重大。咱们还将商议其余更适当于过程遏制的测试法子。

安排特点法子的商议

安排特点和工艺考证关于预备建立一个新的PCB组件非常关键。这将囊括视察来料、开辟恰当的焊接工艺参数、并最后敲定一个经由良多环节考证的榜样的PCB组件。这将消费比用于考证每个组装过程多良多的光阴。本文将重心商议工艺考证环节中该当实行的测试。

助焊剂个性测试

IPC请求焊接用的全部助焊剂都遵循J-STD-（当今在B版中)_实行分类。这份准则概括了助焊剂的基天功能要乞降用于刻画助焊剂在焊接过程中庸组装后在处境中与铜电路的反映的行业标测试法子。一旦经由测试，就也许运用诸如“ROL0”之类的代码对助焊剂实行分类。该代码示意助焊剂根底成份、活性程度和卤化物的存在。以ROL0为例，它示意：助焊剂是松香基，低活性等第，此助焊剂不含卤化物。有几种测试法子有助于这一评级，个中很多电化学靠得住性测试法子都实用于助焊剂。(注:关于J-STD-B中章程的锡膏助焊剂或含芯焊锡线的助焊剂，有些法子或者略有不同)。

铜镜实行

IPC-TM-法子_2.3.32用来测试未加热的助焊剂怎么与铜反映，也叫做助焊剂引发侵蚀测试。实质上讲，便是滴一滴定量的助焊剂到涂敷了一层铜膜的玻璃片上，而后在特定处境中安置一段光阴。这个处境凑近室温处境，相对湿度是50%。24小时后整理掉助焊剂，并在白色后台下查看铜膜被侵蚀掉几何。侵蚀穿透铜膜的程度决计了助焊剂的活性等第，通罕用L、M和H示意。

铜板侵蚀实行

IPC-TM-法子2.6.15是用来测试极度前提下，助焊剂残留物对铜的侵蚀性。助焊剂和焊料在铜板上加热直到造成焊接。而后把铜板安置在一个温度为40°C的湿润处境，如此也许加快助焊剂残留物和铜或者产生的反映。铜板需求在测试前和测试后子细查看其表面颜色的改动来断定是不是有侵蚀的迹象。查看了局时时也许用L、M和H来示意侵蚀性的等第。

电化学迁徙(ECM)

IPC-TM-法子用来评价表面电化学迁徙的偏向性。助焊剂会涂敷不才图1所示的准则测试板上。准则测试板是交叉梳状安排，并摹拟微电子学最小电气空隙请求。而后遵循助焊剂不同典型的请求实行加热。为了能经由测试，高活性的助焊剂在测试前需求被洗刷掉。洗刷不要在密闭的空间实行。随后带有助焊剂残留的典型安置在湿润的箱体内，以增进梳状路线之间枝晶的成长。离别测试实行最先和完毕时的不同模块路线的绝缘电阻值。第二次和第一次衡量值衰减低于10倍时，测试了局视为经由。也便是说，时时测试阻值为10XΩ，X值必需保持稳固。

这个法子归纳了几种不同的助焊剂和工艺测试前提。J-STD-B请求运用65°C，相对湿度为88.5%的箱体，并且遵循法子来制备测试典型。表面绝缘电阻要平静96小时之后实行测试。而后施加低电压实行小时的测试。测试完毕时，在雷同的电压下再次测试表面绝缘电阻。除了知足绝缘电阻值少于10倍的衰减以外，还需求查看典型是不是有晶枝成长和侵蚀景象。这个测试了局也许界说助焊剂等第是L、M仍然H。

表面绝缘电阻（SIR）

IPC-TM-法子界说了在高湿度处境下表面绝缘电阻的测试前提。SIR测试在40°C和相对湿度为90%的箱体里实行。典型的制备和ECM测试相同，都是根据法子制备（如图1）。最新版本的测试请求章程每20分钟要查看一次典型。在七天的测试中，不同模块之间的表面绝缘电阻值衰减必需少于10Ohms，但是要消除最最先24小时的稳按光阴。电压是恒定稳固的。这和ECM测试在良多方面不相同。两者的不同点是：连接光阴、测试箱体前提和屡次衡量数据的方针。典型相同需求目测查看枝晶成长是不是超越间距的20%和是不是有任何侵蚀引发的变色题目。

图片1

卤化物

IPC-TM-法子中界说了卤化物测试的离子色谱法。这类法子也许判别良多种未加工助焊剂也许萃取后助焊剂含有的卤离子。每种离子的占比会根据制备法子来盘算。不管助焊剂活性等第是L、M也许H，零级请求每种离子分量百分比必然低于0.05%。关于含有卤化物的助焊剂来讲，离子百分比低于0.5%属于L，低于2.0%属于M，高于2.0%属于H。

助焊剂等第分类

全部的测试终了后，编纂L、M和H的测试数据，全部测试数据的最高值决计助焊剂的等第。比如，一款助焊剂的活性等第要定为L，就需求五项测试中每个了局都是L_才也许。每个测试从不同的角度来量化电迁徙的偏向性。ECM和SIR测试最凑近组装产物在运用寿命光阴里最简单造成电化学迁徙的情形。它们都是在更高的温湿度下实行加快测试，并且进展成为声明靠得住性的一种准则。

现时SIR测试法子拿手用准则化的方法测试电化学迁徙的偏向性。这类测试更凑近确实做废机理。由于监测频次的相干，这类测试也许捕获到绝缘电阻的摇动。这类摇动或者示意枝晶造成而后又熔解了。这就也许不依赖于苦难性阻碍来请教潜在的题目。

铜镜和铜板侵蚀测试了助焊剂也许助焊剂残留物内部离子之间的反映离别对电化学迁徙的潜在影响。末了，卤化物含量衡量声了然助焊剂中几何的离子来自卤离子。

需求留意的是这是有别于无卤和低卤助焊剂的请求。也需求供给附加衡量值，好比助焊剂黏度、酸值固体物含量等根据J-STD-界说的附加测试法子的测试了局。

当供给商供给了助焊剂活性等第，相当于给了工程师一个规格，这个规格界说了在准则前提下助焊剂的体现怎么，这个中囊括了指定的温度轮回和测试板。这有别于在特定安排和工艺中认证助焊剂。某些助焊剂等第的测试法子也许批改，以适应其安排个性。但是这些批改或者改动预期的了局，并且会影响到测试及格/失利的极限。

安排个性刻画

IPCJ-STD-是一份典型焊接电子组件建立实习和请求的文献。时时来讲，根据J-STD-的分类准则，这些助焊剂实用于电子组装。在运用几种不同的涂层和助焊剂时，兼容性也需求测试。兼容性测试的法子因运用而异，但需求运用行业准则法子测试。抱负情形下，电化学靠得住性/兼容性该当用代表新式组装的电路板和元器件实行测试。由炉温界说的加热轮回过程对助焊剂的体现也很关键。洗刷工艺也该当运用雷同于SIR的法子在IPC-B-52的板子上考证。一旦优化了组装，就该当实行深入的测试去断定组装的安排和工艺。在J-STD-中，就以IPC-和来举例。

在组装地区，温度弧线经验了最大的热量，因而最低和最短的峰值被复制运用于任何测试典型制做，以保证测试了局的一致性和靠得住性的预期。

过程遏制法子的商议

J-STD-文献界说了焊接电气和电子组件的请求。第8节商议了洗刷过程的要乞降电化学靠得住性干系的测试。本节参考了几种测试法子，这些法子可用于评价印刷电路板表面甚么样的离子含量也许低落电阻值。它还囊括用户和供给商赞同的法子选项。TM-法子供给了三种过程遏制法子，即欺诈溶剂萃取物的电阻率探测和衡量可电离表面混浊物，时时称为ROSE测试。

溶剂萃取物的电阻率（ROSE）

这类测试法子曾经成为行业准则几十年了。但是，这一法子频年来在一些颁发的论文中，遭到了越来越多的协商。巩固监测的显然原由是：在某些情形下，这类测试法子已被断定与SIR的了局相争执。除了正在实行的商议实质以外，这类测试关于过程遏制来讲或者是不凿凿习和费劲的。这增加了搜求新法子的动力，这些新法子比整板萃取更快，操纵范围更小。ROSE是用2-丙醇和水溶液，经由手工、动态和静态三种法子萃取板表面的任何残留物。时时是将一切板子浸入溶液中，而后衡量这类萃取物的电阻率，衡量值由板子表面全部可溶性离子品种的离子含量决计。每种萃取法子在怎么正确地终了这一过程上各不雷同。时时，只是测试电阻率是不足的，由于它不能辨别是哪些离子致使萃取电阻率下落。为了评价哪些离子存在，必需实行额外的离子色谱探测。经由赞同操纵人员从过程中识辞别子含量的原因，来终了测试。其余，过程遏制从组装工艺的最先就要实行，路线板和元器件的进厂明净度与组装的最后明净度相同重大。这也也许经由一种也许在较小范围上从表面萃取的测试法子更实用地终了。

部分萃取的离子色谱法

在已往的十年中，一种新兴的法子获得了普及的运用，那便是部分萃取，而后用离子色谱(IC)解析来遏制重大的明净度，时时被称为C3测试。这类法子运用冷蒸汽直接经由一个小喷嘴，并在选定的电路板和组件表面冷凝，用以熔解各式离子。而后喷嘴将水和离子的溶液萃取回测试池中实行测试。电流经由萃取物，并衡量抵达连接状况的光阴。而后用离子色谱法对萃取物实行探测，以断定个中存在的离子品种及数目。

这类典型的测试非常实用于对电路板上潜在的题目地区实行抽查，比如低间距组件、高热原料地区、抉择性焊接的部件和洗刷过的组件。最重大的是，部分萃取法子也许很简单地集成到原料保证协定中，以考证测试了局随光阴改动的一致性和良多不同组装工艺的一致性。

部分萃取法会把板子表面全部残留离子都熔解。电路板上离子材料的罕见原因是多种百般的，囊括电路板建立和电镀残留物、人机交互残留物、助焊剂残留物等。这囊括有心增加的化学物资和无心的混浊。思量到这一点，每当碰到弗成担当的了局时，这类法子就被用来视察在过程和材料清单中产生了甚么改动。在过程开辟过程中，该当界说一个“寻常”的了局领域，但是当了局超越预期领域时，或者会有很多潜在的原由。

案例解析：水洗工艺遏制

实行安排

测试组件安排如图2所示，运用雷同SIR测试模块的68针LCC。这类安排有充裕的热量，赞同一个领域内的回流弧线。元件的高度和底部端子代表了一个榜样的组装案例，个中助焊剂残留物和其余混浊物也许被扣留在元件底部。在部分萃取过程中，喷嘴比组件小良多，且能知足组件与板的高度差。

SIR测试模子赞同将此测试组件装置在温度为40°C和相对湿度为90%的箱体中，如IPCTM-所述。有一个微弱的误差，由于板没有稳固，并有不同的方位干系于气流，如图3所示。

保证在测试期间SIR测试模块上没有显然的冷凝景象。根据IPC准则，经由测试的模块，在一切测试过程中，其电阻都高于Ω。测试了局将根据这个限定值断定为经由或失利。干系协商的方针是刻画不同回流弧线对助焊剂残留物的影响。在昔时的做事中，传说曾经查看到与回流工艺产出的组件比拟，运用电烙铁加热和更快冷却速率的返工工位终了的组件显示出更高的离子残留物程度。为了考证这一查看，为SAC开辟了加热弧线，其熔点领域为–°C。针对雷同的工艺窗口的四种回流弧线，离别为准则回流弧线、摹拟返修站的当然(马上)冷却弧线、当然冷却前提下的较低峰值弧线，以及伸长冷却前提下的低峰值弧线。图4中所示的炉温弧线是由一台炉温测试仪测试的回流炉的弧线，和由电偶衡量的返工台的弧线。返修工位弧线升温光阴更短，为了便于峰位和TAL的对比，对温度弧线实行了微弱的偏移。

本协商以无卤水溶性无铅锡膏为协商目标，锡膏助焊剂典型为ORH0。在回流和用水完整洗刷后，对测试模块实行组装和测试。在运用水溶性助焊剂的情形下，温度弧线或者会对助焊剂残留物的明净度造成影响。在假定完整洗刷的情形下，不该在测试中显示出影响。关于每个锡膏/回流弧线的组合，组装了6个测试模块。个中三个在组装后急忙实行了离子明净度测试，而其余三个则实行了SIR测试，而后实行了离子明净度测试。

了局和商议

SIR平部分萃取的了局是经由或失利。断定准则离别基于电路电阻率和萃取液电阻率。为了便于参考，附录中包罗了详细的了局。如表1所示，经由被编码为绿色，失利被编码为橙色。了局显示了一个显然的界说：即全部未洗刷的测试模块都没有经由测试，全部洗刷过的测试模块都经由了测试。真相上，助焊剂残渣中含有洪量的离子，部分萃取实验很快就超越了电阻率极限。在未洗刷板上有几种离子浓度很高。总的来讲，这是一个非常极度的对比，由于更有或者是部份洗刷而不是完整未洗刷。这巩固了必需洗刷运用了水溶性焊锡膏组件的重大性。

论断

电化学迁徙是PCB组件罕见的做废形式。不论是在安排过程开辟阶段，仍然在临盆过程、遏制过程中，都需求充足的测试。在电子组装行业，有很多可用的法子也许来评价组件表面的电化学迁徙偏向。根据行业准则测试将赓续为SIR。这是由于该测试最凑近组件的寻常运用寿射中致使电化学迁徙的前提，并且它思量了全部增进电化学迁徙机制的四个成分之间的彼此影响。当测试齐集在一个或一些成分上时，比如测试离子含量，它们或者声明每个组件上离子品种的改动，但它们不能直接评价电化学迁徙的偏向。在铜、电压、湿度和离子含量之间的彼此影响中存在着一些关键成分，电解会致使枝晶成长，这将赓续鞭策测试的最好实习朝着直接测试表面绝缘电阻的方位进展。最重大的是将SIR测试的前提尽或者地与操纵前提相般配。一旦装置过程获得考证和认同，部分萃取和离子色谱测试等用具和法子在保持离子含量程度以及在断定来料和工艺遏制的改动方面都是实用的。